Dans le domaine de l'automatisation industrielle et du contrôle de précision, les servomoteurs sont des éléments d'exécution centraux dont les performances déterminent directement la précision et la réactivité dynamique du système. EtCodeur augmentéEn tant qu '"organe de perception" du servosystème, il devient un support technique clé pour la mise en œuvre du contrôle en boucle fermée grâce à la rétroaction en temps réel des informations sur la position et la vitesse du rotor.

I. principe de fonctionnement du codeur incrémental et avantages de base

Un codeur incrémental Convertit l'angle de rotation mécanique en un signal électrique impulsionnel en détectant les variations périodiques d'un disque de trame ou d'une bande magnétique. Sa sortie Core contient trois groupes de signaux:

Impulsions de phase A / B: impulsions orthogonales de 90° de déphasage sur deux voies pour calculer la quantité de déplacement par rapport au sens de rotation (discrimination horaire / antihoraire par jugement de l'ordre front montant / Front descendant);

Signal de zéro de phase Z: une impulsion est émise à chaque tour pour servir de point de référence absolu pour l'origine mécanique, résolvant le problème de la perte de position après la mise hors tension du codeur incrémental.

Comparativement aux codeurs absolus, les codeurs multiplicateurs présentent trois avantages importants:

Rentable: structure simple, pas besoin de disque de codage complexe, le prix est seulement 1 / 3 ~ 1 / 2 du codeur absolu de même précision;

Forte capacité anti - interférence: Le codeur magnétique peut fonctionner de manière stable dans des environnements difficiles tels que des interférences électromagnétiques fortes, de l'huile, de la poussière et d'autres;

Réponse dynamique rapide: faible retard de transmission du signal impulsionnel, adapté aux scénarios de contrôle de mouvement à grande vitesse.

II. Contrôle de position: du comptage d'impulsions à la précision à l'échelle nanométrique

Le codeur incrémental met en œuvre le contrôle en boucle fermée de position par comptage d'impulsions, dont le processus principal est le suivant:

Acquisition d'impulsions: une unité de résolution par rotation du codeur (par exemple 1024 impulsions par tour de sortie du codeur 1024 lignes), le Contrôleur enregistre le nombre d'impulsions via le port de comptage à grande vitesse;

Conversion de position: selon la formule position = nombre d'impulsions / résolution, convertir le nombre d'impulsions en déplacement angulaire ou linéaire réel (à combiner avec le rapport d'engrenage ou le Guide de la vis);

Compensation d'erreur: l'erreur accumulée est calibrée périodiquement par le signal de zéro de phase Z, combiné avec l'algorithme de contrôle d'alimentation avant pour éliminer le jeu mécanique, la déformation élastique et d'autres facteurs non linéaires.

Cas d'application typique:

Système d'alimentation de la machine à commande numérique par ordinateur: avec un codeur 17 bits (résolution jusqu'à 131072 impulsions / tour), couplé à une règle à grille pour obtenir une précision de positionnement de l'ordre du micron, pour répondre aux besoins d'usinage de précision;

Contrôle de l'articulation robotique: la résolution du codeur est augmentée à 4096 impulsions / tour grâce à la technologie d'amplification de fréquence 4 (comptez à la fois le front montant / descendant de l'impulsion de phase A / b), permettant un contrôle de niveau sub - radial de l'angle de l'articulation;

Equipement semi - conducteur: dans les robots à transfert de plaquettes, les codeurs incrémentaux coopèrent avec des moteurs linéaires pour atteindre une précision de positionnement répétitif de ± 0,1 μm par comptage d'impulsions.

Iii. Mesure de la vitesse de rotation: évolution technologique de la méthode fréquentielle à la méthode MT

Le codeur incrémental met en oeuvre une mesure de vitesse de rotation par caractérisation temporelle du signal impulsionnel, la méthode principale comprenant:

1. Méthode des fréquences (méthode m)

Principe: compter le nombre d'impulsions sur une fenêtre de temps fixe, calculer la vitesse de rotation par la formule vitesse de rotation = nombre d'impulsions / (résolution × fenêtre de temps).

Caractéristiques:

Haute précision de mesure à grande vitesse (par exemple, à 1000 tr / min, le codeur 1024 lignes peut capturer 17 impulsions toutes les 10 MS avec une erreur de seulement 0,6%);

L'erreur est significative à basse vitesse (par exemple, à 10 tr / min, seulement 0,17 impulsion en 10 MS, nécessitant une période de comptage prolongée ou une technique de multiplication de fréquence).

Programme d'optimisation:

Doublage de fréquence matériel: 4x, 16x par FPGA ou puce dédiée pour améliorer la résolution à basse vitesse;

Filtrage logiciel: l'algorithme de moyenne glissante est utilisé pour supprimer la gigue des impulsions.

2. Méthode cyclique (méthode t)

Principe: mesurer l'intervalle de temps des impulsions voisines, calculer la vitesse de rotation par la formule vitesse de rotation = 1 / (résolution × intervalle de temps).

Caractéristiques:

Haute précision de mesure à basse vitesse (par exemple, à 1 tr / min, 1024 lignes d'intervalle d'impulsion du codeur jusqu'à 60 MS, l'erreur de mesure peut être contrôlée à moins de 0,1%);

L'erreur augmente à grande vitesse (par exemple, à 1000 tr / min, les impulsions ne sont espacées que de 0,6 MS, limitées par la précision de l'horloge).

Programme d'optimisation:

Interpolation d'horloge haute fréquence: utilisez une horloge supérieure à 100 MHz pour subdiviser l'intervalle d'impulsion et améliorer la précision de mesure à grande vitesse;

Mesure synchrone Multi - impulsions: capturez plusieurs périodes d'impulsions en même temps, faites la moyenne pour réduire l'erreur aléatoire.

3. Méthode mixte (méthode MT)

Principe: combiner la méthode fréquentielle avec la méthode périodique, compter le nombre d'impulsions (méthode m) dans un temps fixe, mesurer simultanément le nombre d'impulsions d'horloge haute fréquence (méthode t), calculer la vitesse de rotation par la formule vitesse de rotation = fréquence d'horloge haute fréquence × nombre d'impulsions / (résolution × compte d'horloge haute fréquence).

Caractéristiques:

égalisation de la précision dans le domaine à pleine vitesse (par exemple, les erreurs sont toutes inférieures à 0,01% entre 1 tr / min et 10 000 tr / min);

La complexité algorithmique est élevée et nécessite un support matériel dédié.

Scénario d'application typique:

Machine de traction d'ascenseur: avec la méthode MT pour mesurer la vitesse du moteur, pour atteindre une précision de contrôle de vitesse de 0,01 M / s, pour assurer le confort de l'escalier;

Moteur principal de véhicule d'énergie nouvelle: conception redondante de codeur d'augmentation avec le transformateur rotatif, combinée avec la méthode de MT pour le contrôle de rampe à basse vitesse de 0,1 tr / min;

Système de changement de pas de l'éolienne: la méthode MT assure une précision de contrôle de l'angle de la pale jusqu'à ± 0,1 ° dans un large domaine de vitesse de 0,1 à 15 tr / min.

Iv. Défis technologiques et tendances du développement

Bien que les codeurs évolutifs présentent des avantages en termes de coût et de fiabilité, leur dépendance à des compteurs externes et la nécessité de retrouver zéro après une coupure de courant limitent encore l'expansion de l'application. Les développements technologiques actuels présentent deux grandes tendances:

Intégration intelligente: conception tout - en - un du codeur avec le pilote, hardware de comptage d'impulsions, calcul de vitesse, compensation d'erreur par puce DSP intégrée, réduire la charge du Contrôleur;

Fusion Multi - capteurs: Combinez Un codeur incrémental avec un codeur absolu, un capteur de courant, construisez un système de rétroaction multimodal, améliorez la tolérance aux pannes du système (par exemple, basculez sur le contrôle de l'anneau de courant en cas de défaillance du codeur).

　

　 Codeur augmentéAvec son rapport qualité - prix et sa fiabilité, il domine le domaine du contrôle de position des servomoteurs et de la mesure de la vitesse de rotation. Avec les exigences accrues de l'industrie 4.0 en matière de précision et d'intelligence des équipements, les codeurs évolutifs repoussent constamment les limites de la performance grâce à l'innovation technologique pour fournir des solutions de contrôle de mouvement plus précises pour la fabrication intelligente.